激光淬火技术工艺介绍及应用
工业激光淬火知识
工业激光淬火知识激光淬火是一种应用激光技术进行材料表面淬火处理的工艺。
它通过激光束的高能量浓缩作用，将材料表面迅速加热至临界温度以上，然后通过快速冷却，使材料表面形成高硬度的淬硬层，从而提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。
激光淬火相比传统淬火技术具有许多优势。
首先，激光淬火的加热速度非常快，通常在毫秒级别。
这种快速加热可以减少热量在材料内部的传导，从而减少了变形和应力的产生，有效地避免了裂纹和变形等缺陷。
其次，激光淬火能够实现局部淬火，只对需要处理的部分进行加热，避免了对整个零件进行加热的浪费。
此外，激光淬火还可以实现在线自动化生产，提高生产效率和产品质量。
激光淬火的应用范围非常广泛。
首先，它可以用于各种金属材料的淬火处理，包括钢、铝、铜等。
这些材料经过激光淬火后，可以大大提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。
其次，激光淬火还可以用于各种工件的表面改性，例如汽车发动机缸体、航空发动机叶片等。
通过激光淬火，可以在工件表面形成坚硬的淬硬层，提高其抗疲劳性和耐磨性。
激光淬火的工艺参数对于淬火效果至关重要。
首先是激光功率的选择。
激光功率过低会导致加热速度过慢，淬硬层的厚度不够，影响硬度的提高；而激光功率过高则会导致加热速度过快，容易产生裂纹和变形。
其次是激光束的聚焦方式和聚焦深度。
不同材料的淬火效果会受到激光束聚焦深度的影响，需要根据具体材料的特性来选择合适的聚焦方式和深度。
此外，激光淬火还需要考虑淬火介质的选择和冷却速度的控制，以确保淬硬层的形成和稳定性。
激光淬火技术在工业领域的应用不断扩大。
它不仅可以提高材料的硬度和耐磨性，还可以改善材料的表面质量和功能。
例如，通过激光淬火可以实现零件的表面增韧，提高其抗冲击性和抗疲劳性；还可以实现零件的表面改色，增加其美观性和附加值。
此外，激光淬火还可以用于微细零件的淬火处理，如微型齿轮、微型弹簧等。
工业激光淬火是一种高效、精准的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
随着激光技术的不断发展和创新，相信激光淬火技术将在未来的工业生产中发挥越来越重要的作用，为各行各业提供更加优质和可靠的产品。
激光淬火的应用案例
激光淬火的应用案例激光淬火是一种利用激光加热材料表面的工艺，通过快速冷却来改善材料性能的方法。
激光淬火具有局部加热、快速冷却、精准控制和环保节能等优点，被广泛应用于工业制造领域。
下面是几个激光淬火的应用案例。
首先，激光淬火在金属加工领域有着广泛的应用。
金属零件在制造过程中，通常需要具备高强度和耐磨性的特性。
激光淬火可以提高金属零件的硬度和耐磨性，使其更加耐用。
例如，汽车发动机缸体和曲轴等关键零件，采用激光淬火可以延长使用寿命，并提高整车的性能和可靠性。
其次，激光淬火在航空航天领域也有重要应用。
航空航天零部件通常需要具备高韧性和高强度，以应对极端环境和复杂载荷。
激光淬火可以提高零部件的表面硬度和强度，提高其抗疲劳和抗裂纹能力。
例如，航空发动机叶片、航天器导航系统部件等，都可以通过激光淬火来提高其使用寿命和可靠性。
此外，激光淬火还被应用于工具制造领域。
工具通常需要具备高硬度和耐磨性，以应对高强度和高温的工作环境。
激光淬火可以在工具表面形成坚硬的淬火层，提高其硬度和耐磨性。
例如，钻头、刀具、磨料等工具，在制造过程中可以采用激光淬火来增强其工作性能和寿命。
此外，激光淬火还被广泛应用于模具制造领域。
模具通常需要具备高硬度、高耐磨性和高精度，以保证产品质量和生产效率。
激光淬火可以在模具表面形成细小的组织结构和高硬度的淬火层，使其具备出色的耐磨性和抗腐蚀性。
例如，注塑模具、压铸模具和冲压模具等，在制造过程中可以采用激光淬火来提高其工作性能和寿命。
最后，激光淬火还被应用于刀具涂层技术。
刀具涂层可以在刀具表面形成耐磨、耐蚀和低摩擦的保护层，提高切削性能和使用寿命。
激光淬火可以为刀具提供高温、高能量的局部加热，使刀具表面易于镀层，提高涂层的附着力和均匀性。
例如，刀具涂层过程中的预热和后淬火技术，可以通过激光淬火来实现，提高刀具的综合性能和生产效率。
综上所述，激光淬火在金属加工、航空航天、工具制造、模具制造和刀具涂层等领域具有广泛的应用。
激光淬火
一、概述激光淬火技术及应用激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。
与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要象感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制，因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。
尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。
激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间。
对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。
获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。
激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。
该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。
为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，华中科技大学配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。
现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。
近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用二、激光淬火的特点质量优势技术特质适用材料实际应用1．淬火零件不变形激光淬火的热循环过程快中碳钢大型轴类2．几乎不破坏表面粗糙度采用防氧化保护薄涂层模具钢各种模具3．激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具4．对局部、沟、槽淬火定位精确的数控淬火中碳合金钢减振器5．激光淬火清洁、高效不需冷却介质铸铁材料发动机汽缸6．淬火硬度比常规方法高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊三、组成部分● 激光器目前，用于激光淬火的设备主要是横流CO2激光器，该激光器的工作气体沿着与光轴垂直的方向快速流过放电区以维持腔内有较低的气体温度，从而保证高功率输出，光束模式为多模输出。
激光淬火技术的原理与应用
激 光 加 工 技 术
§7.2
图7-12 熔覆层的截面示意图
6.激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光熔覆层的厚度与送粉量、扫 描速度、功率密度等参数密切相关。
激 光
7.常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钻基、铜基自熔合金、以及上述合金与
表 面 改
碳化物(WC、TiC、SiC等)，颗粒组成的金属陶瓷复合粉末以及Al203、ZrO2等陶 瓷材料。常用的基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
§7.2
激
光
表
面
改
性
技
术
图7-11 同步送料法激光熔覆示意图
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7.2.3 激光熔覆技术
第
5.评价激光熔覆层质量的主要指标为：熔覆层厚度、宽度、形状系数(宽度／厚
七 度)、稀释率、硬度及其沿深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。典型熔
章
覆层的截面示意图见图7-12
性
技
术
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
第
4.图7-5所示为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线
七
章
5.依据激光器的特点不同，激光淬火可分为
激 光
CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但两者 中影响淬硬性能的主要基本相同
加
1) 材料成分：是通过材料的淬硬性和淬透
性
技
术
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第 七 章 激 光 加 工 技 术
激 光 表 面 改 性 技 术
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§7.2
第 七 章 激 光 加 工 技 术
激光淬火知识点总结
激光淬火知识点总结激光淬火的工艺原理激光淬火是利用激光束高能量的瞬时性加热，使材料表面迅速升温到过温度，然后通过冷却淬火，使表面层产生相变，从而获得高强度、高硬度和高耐磨性。
激光淬火的工艺原理包括以下几个方面：1. 光热效应：激光束对材料表面的能量聚焦，使材料表面温度迅速升高，达到相变温度以上，造成局部的超淬质组织。
2. 瞬时性：激光淬火的加热时间极短，热输入高能量密度，迅速升温和降温，形成高强度和高硬度表面。
3. 相变效应：激光加热后迅速冷却，形成奥氏体和马氏体的相变，产生高强度和高硬度的组织结构。
激光淬火的设备激光淬火的设备一般包括激光器、光学系统、工件夹持系统和工艺控制系统等部分。
激光器是激光淬火的关键设备，激光器的类型通常有固体激光器、气体激光器和半导体激光器等。
光学系统用于对激光进行聚焦和整形，使激光能量能够集中到工件表面，工艺控制系统用于对激光加工参数进行实时监控和调节，以实现激光淬火工艺的精确控制。
激光淬火的工艺控制激光淬火的工艺控制包括激光参数、工件预处理、冷却介质和淬火温度等方面。
激光参数包括激光功率、激光脉冲宽度、激光脉冲频率等，这些参数对激光加工过程中的温度分布和物相变化有重要影响。
工件预处理包括表面清洁和除氧化层等，保证激光在工件表面有效加热，冷却介质包括气体、液体或固体，用于对加热后的工件进行迅速冷却，以稳定组织结构和性能。
激光淬火的应用激光淬火广泛应用于工具、模具、轴承、齿轮、汽车零部件等金属材料的表面强化和改性处理，获得高硬度、高耐磨性和高疲劳强度的表面层，提高材料的使用寿命和性能。
同时，在航空航天、船舶制造和兵器装备等领域也得到了广泛的应用。
激光淬火的发展趋势随着制造业对材料性能要求的不断提高，激光淬火作为一种先进的表面强化处理技术，具有广阔的应用前景。
激光淬火的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 高能激光源和光学系统的发展，提高激光淬火的加工效率和加工质量。
2. 激光参数的精确控制和优化设计，获得更高的淬火效果和性能提升。
浅谈激光淬火技术及其应用
浅谈激光淬火技术及其应用激光淬火技术是近年来迅速发展起来的一项高新技术，激光淬火又称激光相变硬化，是指铁基合金在固态下经受激光照射，使表层以极快的速度（升温速度可达105-106℃/s）被迅速加热至奥氏体化状态（但低于熔化温度），当激光停止照射后，处于冷态的基体使其表面迅速冷却（冷却速度可达105℃/s）而进行自冷淬火，从而使激光加热形成高温奥氏体转变成马氏体，实现激光相变硬化。
激光淬火由于加热速度快，易使金属表面过热，并且冷却速度也快，碳来不及扩散因而使残留奥氏体增加。
随着奥氏体向马氏体的转变，得到高碳马氏体，从而提高了淬火硬度。
传统的热处理淬火工艺，在加温、冷却和零件清洗过程中会产生废渣和废液。
如盐浴加热中使用的氯化钡、氯化钠、硝酸钾及冷却介质的水、油、熔盐及熔碱等，产生对环境污染的危险物质，并造成对从业者的危害，激光淬火完全避免了这些情况的发生。
此外，由于激光淬火升温快、冷却快，避免了传统热处理工艺容易造成工件变形、开裂和尺寸超差的弊病。
对要求变形量小的复杂结构零件，尤其是盲孔、深槽、尖角、微小区域及刀具刃部，处理后可直接使用。
激光淬火常用于模具、齿轮及轴类等的表面强化，相对于传统工艺，表面硬度可提高5%-10%，耐磨性能可提高2-5倍。
宁波中物激光与光电研究所天弘激光加工中心在激光淬火技术方面已经有了很好的应用，已广泛涉及汽车制造、模具、冶金、石化、机械、电力、交通等行业。
包括汽车冲压模具激光淬火、大型机械辊轴的激光表面淬火、石化行业滑套激光淬火、管道螺纹部位激光淬火、大型内齿圈激光淬火、大型双联齿轮激光淬火、减震器内槽激光淬火、发动机缸孔激光淬火等。
汽车模具激光淬火大型铸钢轧辊激光淬火以模具为例，对各种重型汽车拉深、翻边、修边等模具进行激光表面淬火，使其抗磨损性能及损伤阀值得到较大提高，硬度比淬火前提高约2.5倍，并得到0.2～0.4mm的淬火层深，从而提高了工件的耐磨性能3～5倍，大幅延长模具的使用寿命，减少模具的消耗。
激光熔凝(淬火)及原理介绍
激光熔凝(淬火)及原理介绍激光熔凝原理激光熔凝也称激光熔化淬火。
激光熔凝是用激光束将获得工件表面加热熔化到一定深度，然后自冷使熔层凝固，获得较为细化均质的组织和所需性能的表面改性技术。
激光熔凝原理与激光非晶化基本上相一致。
但激光熔凝处理时激光的能量密度和扫描速·度均远小于激光非晶化。
激光熔凝与激光合金化不同，它在表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合；在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性；其表面熔层深度远大于激光非晶化。
激光熔凝是将金属材料表面在激光束照射下成为溶化状态，同时迅速凝固，产生新的表面层。
根据材料表面组织变化情况，可分为合金化、重溶细化、上釉和表面复合化等。
我公司的轧辊激光熔凝产品是用适当的参数的激光辐照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，获得较为细化均质的表面改性技术。
它具有以下优点：表面熔化时一般可添加超硬耐磨金属元素或化学元素，熔凝层与材料基体形成冶金结合。
在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的杂质有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。
其熔层薄、热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，有时可不再进行后续磨光而直接使用。
提高溶质原子在基体中固溶度极限，晶粒及第二相质点超细化，形成亚稳相可获得无扩散的单一晶体结构甚至非晶态，从而使生成的新型合金获得传统方法得不到的优良性能。
激光（相变）淬火和激光熔凝淬火激光（相变）淬火技术是利用聚焦后的激光束入射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使受热表层快速冷却到马氏体相变点以下，进而实现工件的表面相变硬化。
激光淬火原理与感应淬火、火焰淬火技术相同。
但是其技术特点是，所使用的能量密度更高，加热速度更快，不需要淬火介质，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，因此可以在很多工业领域中逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。
多功能激光淬火技术
多功能激光淬火技术
多功能激光淬火技术是一种利用激光器对材料进行淬火处理的技术。
激光淬火是一种快速加热和快速冷却的热处理方法，通过高功率激光束对工件表面进行瞬间加热，然后迅速冷却，以改变材料的性能和结构。
多功能激光淬火技术具有以下特点和优势：
1. 灵活性：激光淬火可以针对不同材料和不同形状的工件进行精确控制，适应性强。
2. 高硬化深度：激光淬火可以实现较高的硬化深度，提高工件的表面硬度和耐磨性。
3. 短时间处理：激光淬火处理时间短，一般在几十微秒至几毫秒之间，可以大幅度提高生产效率。
4. 小热影响区域：激光束的直径小，热影响区域小，可以减少对工件其他部分的热影响，提高工件的整体性能。
5. 可控性强：激光淬火可以根据需要对激光功率、扫描速度等参数进行调整，实现定制化的热处理过程，有利于控制工件的性能和质量。
6. 适用范围广：激光淬火适用于各种金属材料，包括钢、铝合金、镁合金等。
多功能激光淬火技术在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛应用。
它可以提高零件的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，延长使用寿命，同时还可以改善零件的尺寸精度、表面质量和疲劳性能，提高整体装配质量和可靠性。
因此，多功能激光淬火技术对于提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
激光淬火,熔凝,毛化,合金化应用
激光淬火技术在汽车发动机行业中的应用1．汽车发动机缸体（套）激光热处理常规工艺流程：镗缸—清洗—磷化（或相关处理）—激光淬火—清洗—珩磨—检验2．加工过程：用高能激光束（能量密度为104~105w/cm2）对工件表面扫描（一般为螺旋线扫描），被扫的部分内壁材料表面急骤升温到相变温度，激光束离开后，被加热的部分又很快通过母体冷却而形成自淬火。
其淬火部分呈超细化的马氏体组织，硬度由淬火前的HRC20-25提高到HRC55-60，约2.5倍，并得到0.2-0.4mm的淬火层深。
从而提高工件的耐磨性能3-5倍。
汽车发动机缸体（套）激光淬火后的性能指标硬化层厚度0.2-0.4mm硬化层宽度≥2.5mm形变量≤0.0013mm表面洛氏硬度由HRC20提高到60HRC以上万公磨损量由0.054mm下降到0.0087mm行车里程由普修后6万公里增加到20万公里以上润滑性能提高一倍以上使用寿命延长三倍以上.激光熔覆在家用厨刀表面的应用采用激光涂层在常用的不锈钢厨刀刃口进行薄层快速熔覆，得到涂覆层均匀、高耐磨的刀具刃口，代替传统的刀具生产工艺，改造其产业提高刀具（厨刀）产品的内在质量和附加值。
通过对涂层材料的配比、激光涂层性能等方面的分析研究，开发出与“懒汉刀”同等水平的厨刀并将其实用化。
通过优化工艺采用预置式合金粉末得到了无裂纹、一定硬度涂层的厚度、变形小、回火带窄的刃口。
可以看出，熔覆层均匀覆盖在刀刃上。
对断面分析，从外向内可以明显的看出分为4个区域：熔覆层、硬化过渡区、回火区和基体材料。
3.1.1 熔覆区该区以涂层材料为主要成分，硬度较高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm，其中大量未熔的硬质颗粒，起到了弥散强化的作用。
涂层过厚易形成裂纹，影响使用，通过优化工艺参数，得到了既无裂纹、硬度高、表面光洁，与基体呈良好冶金结合的涂层，而这一涂层正是提高刃口磨损性能的关键。
3.1.2 硬化过渡区这一区域包含与熔覆层相接的合金化层，与回火区相接的淬火区，占硬化层的80%，硬度层硬度平缓过度，组织主要是过度细化的马氏体和碳化物。
激光淬火_精品文档
激光淬火激光淬火: 利用光能加固材料激光淬火是一种高度精确的表面处理技术，利用激光来加热材料表面，然后快速冷却，以增强材料的硬度和耐磨性。
激光淬火过程中，材料经历了高温、快速冷却和应力释放等过程，从而改善了材料的性能。
本文将介绍激光淬火的原理、应用以及其在工业领域的重要性。
激光淬火的原理基于材料的相变特性。
当激光束照射在材料表面时，能量会被吸收并转化为热能。
热能的传递速度与激光束的功率、脉冲时间和扫描速度有关。
热能的高速传递使材料表面迅速升温，达到临界温度以上，然后迅速冷却。
激光淬火与传统的热处理方法相比具有许多优势。
首先，激光淬火是一种非接触式加工方法，不会对材料表面造成损伤。
其次，激光淬火具有高度的可控性和可重复性，可以根据需要对不同材料进行不同参数的处理。
此外，激光淬火的加工速度非常快，可以大大提高生产效率。
激光淬火在工业领域具有广泛的应用。
首先，激光淬火可以提高材料的硬度，使其具有更好的抗磨性能。
这在制造行业中特别重要，例如汽车制造、机械制造和刀具制造等。
其次，激光淬火可以调整材料的组织结构，使其具有更高的强度和耐腐蚀性。
这对于航空航天、能源和核工业等领域来说尤为重要。
激光淬火还可以提高材料的表面质量。
通过淬火过程中的快速冷却，可以消除材料表面的氧化层和气孔，使表面变得光滑并提高材料的外观质量。
这对于造船业、建筑业和家电制造业等领域来说也是至关重要的。
除了在传统的工业领域中的应用，激光淬火还在新兴的领域中得到了广泛的关注。
例如，激光淬火在微电子行业中被用于制造更小、更快的芯片。
激光淬火可以提高芯片的导热性能，减少发热和能量损耗。
此外，激光淬火还被用于生物医学应用，例如生物材料的表面改性和医疗器械的制造。
激光淬火虽然在许多领域中得到了广泛应用，但其仍然面临一些挑战。
首先，激光淬火设备的成本较高，对中小型企业来说投入较大。
其次，淬火过程中产生的应力可能导致材料变形和开裂。
因此，需要合适的工艺控制来克服这些问题。
激光淬火技术特点及应用案例介绍
激光淬火技术作为一种新型的热处理工艺，与传统表面淬火技术相比，技术适用性广，不受感应器制作难度的限制，这一技术利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程，应用较为广泛。
激光淬火的特点：从质量优势、技术特质、适用材料、实际应用这四个方面来说，1．淬火零件不变形、激光淬火的热循环过程快、中碳钢、大型轴类。
2．几乎不破坏表面粗糙度、采用防氧化保护薄涂层、模具钢、各种模具。
3．激光淬火不开裂、精确定量的数控淬火、冷作模具钢、模具、刃具。
4．对局部、沟、槽淬火、定位精确的数控淬火、中碳合金钢、减振器。
5．激光淬火清洁、高效、不需要水或油等冷却介质、铸铁材、发动机汽缸。
6．淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好、高碳合金钢、大型轧辊。
激光淬火应用案例：
验收现场
激光淬火设备系统配备4000W光纤耦合半导体激光器，可以单独切换光路的一分二光闸，以及自主研发的双料仓负压式送粉器，可实现长距离的稳定送粉。
一分二光闸
根据实际加工工艺的需要，系统配置行程3米的机器人滑台，以及加工防护围栏、激光器空调房等辅助设施，采用双色高温仪及基于激光功率的过程检测与控制系统，维持加热区温度恒定不变来实现温度-功率闭环控制，保证淬火质量。
满足金属工件激光表面改性/再制造等先进制造工艺需求，广泛应用于电力、能源、交通、军工、冶金、机械制造、矿山、石化等领域。
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为您浅谈介绍激光淬火
为您浅谈介绍激光淬火激光淬火是一种利用激光束进行材料表面处理的技术，它通过将材料加热到超过其临界温度，并在极短时间内进行急冷处理，从而提高材料的硬度和强度。
在工业应用中，激光淬火通常被用来提高机械零件的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
本文将为您详细介绍激光淬火的原理、设备、应用及优缺点。
原理激光淬火利用激光的高能量密度，将材料表面局部区域加热至其超过临界温度，这样可以引起材料结构的相变。
当加热的材料表面急速冷却时，就会形成一种非晶化的结构，在几微米至数十微米的深度范围内形成了高硬度表面层。
这种过程称为淬火，可以提高材料的硬度、强度和耐磨性。
设备激光淬火设备主要由激光器、光学系统、控制系统等组成。
激光器通常是固体激光器或半导体激光器，输出激光束能量密度高达1000万瓦/平方厘米以上，很容易将材料表面加热到临界温度以上。
光学系统主要由聚焦器和扫描器组成，聚焦器可以将激光束聚焦到特定大小和形状的点上，扫描器可以控制激光束在样品表面的移动轨迹。
控制系统则负责控制激光器的功率、光束大小和扫描速度等参数。
应用激光淬火在很多工业领域都有广泛的应用，一些常见的领域包括：汽车制造激光淬火主要应用于汽车发动机的摇臂、气门、凸轮轴等零部件的表面强化，从而提高它们的耐磨度和寿命。
它还可以用于车轮轮缘、制动盘等零部件的淬火处理，从而提高它们的载荷能力和耐久性。
机械制造激光淬火通常应用于各种机械零部件的表面强化。
例如：工具钢、刀具、齿轮、滚动轴承等。
这些零件在使用时会受到大量的磨损和摩擦，使用激光淬火可以有效地提高它们的耐磨性和使用寿命。
航空航天激光淬火可以用于各种航空航天领域的零部件制造。
例如：飞机涡轮叶片、阀门、虹吸口等零部件的表面淬火处理，能够提高它们的机械性能和抗腐蚀性，同时保证它们的轻量化。
优缺点激光淬火作为一种物理表面处理技术，具有以下优缺点：优点1.可以实现局部淬火处理，不会影响材料整体性能。
2.处理速度快，处理质量高，能够满足工业化生产的需要。
激光淬火原理
激光淬火原理激光淬火（Laser quenching）技术是目前最为先进的金属表面加工技术之一，它在改善材料表面硬度、抗磨损性、耐腐蚀性等方面具有广泛的应用前景。
本文将阐述激光淬火的原理、特点及其对材料性质的影响，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
激光淬火是利用激光束对金属材料进行加热处理，使其表面快速升温（通常在毫秒级别），然后迅速冷却，目的是使材料表面的“温度差”尽可能大。
温度差越大，淬火效果越好。
淬火时，金属表面温度会瞬间升高到几千摄氏度，随后高温区域很快膨胀，由于冷却速度快且不均匀，使金属表面处于高应力状态，从而得到了比传统淬火工艺更好的硬度和抗磨损性能。
激光淬火的主要基础设备由激光源、聚焦光路、加工平台及控制系统等主要组成。
激光源是激光淬火设备的关键，常用的激光源有CO2、Nd:YAG、光纤激光等。
聚焦光路将激光束集中于加工材料表面，主要包括凸透镜、聚焦镜等光学元器件；加工平台可实现精准控制加工位置、加工速度和深度等参数；控制系统用于实现激光淬火设备工艺参数的设置和运行控制。
激光淬火工艺中需要考虑的主要参数包括激光功率、扫描速度、放置时间、加工深度等。
这些参数的设置需要依据材料的性质和加工要求等因素进行综合考虑和优化配置。
二、激光淬火的特点1.高加工效率，可大幅降低生产成本。
与传统淬火工艺相比，激光淬火的处理速度更快，可在毫秒或微秒的时间内完成加工，从而极大地提高了加工效率，减少了生产成本。
2.更好的加工品质和加工精度。
由于激光束具有非接触式、高精密度的加工方式，因此能够精确地控制加工深度和表面质量，从而实现更高的加工精度和更好的加工品质。
3.具有更高的可控性和适应性。
激光淬火可根据材料的不同特性和加工要求来调整工艺参数，同时也能够控制淬火后材料的硬度、强度和韧性等性质，并能够对不同形状、尺寸和材料的工件进行加工。
4.提高材料的性能和延长使用寿命。
淬火后的材料表面硬度和强度都会大大提高，从而提高了材料的抗磨损性、耐腐蚀性和使用寿命。
激光淬火技术简介
激光淬火技术简介本文简要介绍激光对材料表面改性处理中激光淬火技术的实现方法、主要特点、面临的问题以及目前国内外的研究现状.自从60年代激光问世以后, 激光技术作为一门举世瞩目的高新技术, 几乎在各行各业都获得了重要的应用. 20多年前, 利用大功率激光实现材料表面相变硬化的可行性便在实验室里得到证实, 很快, 美国通用汽车公司将这项技术第一个用于工业生产. 我国自70年代末研制成功千瓦级二氧化碳激光器之后, 激光热处理的工业应用亦取得了重要的成就, 从此, 人们始终未中断对这项技术的应用研究. 但是, 时至今日, 激光热处理在工业上的应用情况显得远远低于最初的估计, 即使是在汽车工业, 激光热处理在国内外也未广泛用于工业生产.一、激光淬火简介从能量传输的观点而言, 激光是一种功率密度极高的能量流. 当激光辐照金属材料表面时, 材料表层将激光注入的能量转换为热而使温度迅速增高; 当激光作用停止后, 由于金属是热的良异体, 材料基体对热能的扩散而使热影响区的温度迅速下降, 从而使材料表层经历了一个热处理过程. 金属热处理的结果与材料热影响区域所经历的热循环相关, 通过控制作用激光的功率、功率密度分布、激光作用时间等参数, 可以改变热循环, 从而完成材料表层的淬火或退火等工艺.在激光热处理中,金属材料的激光淬火是激光热处理的一项最重要的内容，激光淬火又称为激光相变硬化, 是指以高能密度的激光束照射工件表面, 使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能, 从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏体, 经随后的快速冷却, 获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。
对激光淬火的深入研究表明, 这是一个涉及光束质量、工件的热物理特性、工件的几何形状以及光作用方式等众多因素的复杂技术, 对设备的配置以及操作人员的素质都有较高的要求. 设备昂贵和技术复杂的问题，较大幅度地提高了工件热处理的成本, 降低了这项技术对传统热处理工艺的竞争力. 也许, 这就是这项技术未能迅速推广的主要原因. 但是, 激光淬火和其它传统的热处理工艺相比(例如工件整体的盐浴淬火、工件表面的感应淬火) , 它具有可以精确控制热处理区域及工件热变形小等一系列优点. 只要能够较好地控制激光淬火的工艺过程, 原则上可以用价格便宜, 易于加工的材料制造工件的基体, 在工件的关键部位用激光进行处理, 便能显著提高产品的质量, 简化工件的生产工艺, 降低工件的成本, 增强激光淬火对其它传统热处理工艺的竞争能力.二、激光淬火表面预处理由于一般钢铁零件是是在精加工后才强化处理的，表面光亮，对激光的反射率很高，吸收激光能量的能力很低，因此待处理工件表面必须经过表面预处理，以提高激光能量的利用率。
激光淬火工艺及用途优点
激光淬火工艺用途优点
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激光淬火含义
是指利用激光发生器发出的激光束，在专门的激光热处理装置上对机械零件或工模具表面进行加热，温度达到预期效果后自行冷却硬化的热处理工艺。
激光淬火，可用于常用钢和铸铁制机械零件和工模具进行一定深度的相变硬化，也可对工具、模具、量具、夹具表面进行合金化处理；以及对高硬度的工模具表面进行硬质合金化等。
表1-37 硬化层深度、滚轮宽度与电流的关系
激光淬火优点：
采用激光淬火工艺，对经过切削加工好的构件进行淬硬时产生的局部淬火变形是很小的，由此可使后续加工减少到最低程度或者完全免去这种加工，从而使模具在淬硬后可立即投入生产应用。
激光束淬火设备可以扩展为激光粉末堆焊和激光焊丝堆焊。
激光淬火工艺参数：
1)激光淬火用的激光器功率一般为0.1～10kW。
2)扫描速度一般为300~750mm/min。
3)光束摆动宽度一般为5~20mm。
4)光束射入角度小于45°。
5)光斑功率密度一般为1000~10000W/cm²，常用1000~6000W/cm²。
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激光淬火工艺
激光淬火工艺
激光淬火工艺是近些年来新兴的金属工艺技术，是使用激光进行淬火的一种特殊工艺。
它不仅把传统的淬火释放大电流来进行淬火，还使用激光聚焦技术，使金属受热淬火更加准确，精确，灵敏，快速，从而达到更好的结果。
激光淬火使用的原理是：激光光束能将金属处于极短的时间内聚焦，使金属受热变软，从而达到淬火效果。
激光淬火可以使金属获得更好的抗冲击和抗拉强度，更加节能，更大程度地提高加工速度。
激光淬火过程能够控制金属表面最小变形，比大电流淬火技术更节能，能够根据实际工况调节加热温度，不受原料形状影响，所以更适合于于复杂形状的淬火处理。
激光淬火技术的优点有：
1、度高：激光淬火技术可以使金属获得更高的抗冲击和抗拉强度，更加节能，更大程度地提高加工速度，因此精度更高。
2、率高：激光淬火工艺可以在极短的时间内完成淬火处理，比传统的淬火技术更快速，更有效率，并且能够控制金属受热淬火过程中的最小变形。
3、灵活性强：激光淬火技术可以根据实际工况调节加热温度，不受原料形状影响，所以更适合于复杂形状的淬火处理。
激光淬火工艺是近些年新兴的金属机械加工技术，为金属加工行业提供了新的淬火工艺，比传统的淬火工艺更加精确，效率更高，灵活性更强，节能更多，对金属加工行业具有重要的意义。
此外，激光淬火工艺还可以用于金属熔炼、焊接、表面清洁、机械加工等，使金属加工行业更加发达，更加有效，也会推动金属行业的发展。
综上，激光淬火工艺是一项新兴的金属加工技术，它不仅提高了加工效率，更加节能，而且可以使金属获得更好的抗冲击和抗拉强度，因此，它是金属加工行业的重要工艺，未来可期。
激光淬火技术的工艺及优点
激光淬火技术的工艺及优点激光淬火是应用激光技术的新型场景之一，这种方法主要通过激光对材料表面进行局部快速加热，用以达到强化材料表面的目的，主要用于金属材料上，淬火过的材料表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能都会得到不同程度的提高，使用寿命也会得到显著的提升。
由于激光淬火全称激光淬火硬化，其理论基础是激光与材料互相作用的规律，主要有三种工艺，分别是激光熔化凝固硬化、激光冲击硬化、激光变相硬化，三种工艺差别主要在于激光功率以及激光能量密度的不同，且与激光作用时间相关。
激光淬火在以下场景能发挥更显著作用：1.难以进入热处理炉的大型工件。
2.仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面进行热处理的工件。
3.常规热处理工艺难以处理到的部位。
4.对热处理变形量要求高的精密零件。
5.铸铁工件表面的热处理。
6.常规热处理工艺易产生裂纹的零件。
7.常规热处理工艺达不到硬度要求的零件。
当然，激光淬火是激光技术的一种，激光有的优点激光淬火自然也有，作为一种快速的无接触加工，在进行激光淬火时，不需要外部淬火介质，工件变形小、冷却速度快。
与传统的火焰淬火、渗碳淬火等技术相比，激光淬火不需要水或油等外部介质来冷却，使用高密度激光快速加热，工序更少速度更快。
从淬火结果上来看，激光淬火淬硬层均匀，硬度比常规淬火要搞上15-20%。
同时由于激光控制系统的存在，激光淬火加热层深度和轨迹简单可控，操作便捷，能快速调整工艺变动，柔性化好，自动化程度高。
同时，在控制系统的加持下，激光方向变动灵活，面对难以深入的材料内孔凹槽，或是复杂的高精度零件，激光淬火也可以很好的完成目标。
激光淬火解决了许多传统工艺无法处理的难题，在冶金、模具、五金、汽车、厨具、机械制造等诸多行业已开始大范围应用，特别是轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。
7.18 激光淬火工艺讲解
2.4 影响激光淬火效果的因素
工艺因素 （1）光斑直径：影响淬火层宽度； （2）激光功率、扫描速度：淬火层深度 一般激光淬火使用的功率密度≤104W/cm2(过高导致材料熔化）
图6 激光淬火表面层不同位置的硬度分布
图7 淬火硬化层深度与扫描速度的关系
（3）淬火前预处理：影响吸收率 磷化、黑化或涂覆红外能量吸收材料，其中黑化方法简单可
4. 作业思考题
1）激光淬火的机理与材料的常规热处理机理是否相同？ 2）与材料的常规淬：激光加工技术 主讲教师：王文权 单位：浙江工贸职业技术学院
1. 教学目标
了解激光表面淬火的原理和工艺特点。
2.激光表面淬火介绍
2.1 激光淬火的概念 激光淬火又称激光相变硬化，就是利用激光将金属材料加
热到相变点以上但低于熔点，依靠金属材料自身传导快速冷却 达到淬火的目的，其实质是马氏体相变硬化。
图5 共析钢的等温转变和连续转变图
2.3 激光淬火的特点
（1）激光淬火后工件获得的马氏体晶粒更细，位错密度更高，强 度比常规淬火提高5%-20%；
（2）加热速度快，热影响区小，淬火应力及变形小； （3）热处理的柔性好，可对深孔、凹槽等进行局部硬化； （4）工艺周期短，生产效率高，容易实现自动化； （5）激光淬火无需冷却介质，对环境污染小。
行：胶体石墨和含碳黑的涂料刷涂到工件表面，可提高吸收率达 90%以上。
表1 激光表面淬火应用实例
图8 激光淬火处理齿轮内齿 (40Cr)
图9 激光淬火处理炮管内堂 （38CrNi3MoV)
图10 船用缸套的激光淬火处理
3. 小结
本次课介绍了激光淬火的机理、特点和应用，激光淬 火比传统热处理获得的淬硬层硬度更高。
图1 激光的不同热作用与强化类型
激光淬火工艺
激光淬火工艺
激光淬火是一种用激光能量淬火处理金属表面的工艺。
激光淬火的特点在于可以很快的对金属的表面进行热处理，具有热效率高、加工精度高、要求低、操作简便以及热损伤小等特点，因此被广泛应用于各行业中。
激光淬火工艺大致可分为淬火前处理、淬火主处理和淬火后处理三个环节。
淬火前处理主要包括清洗和准备工作，清洗目的是为了清除表面的油、污垢、表面隆起的金属锈蚀物等，使淬火表面清洁，准备工作主要是确定淬火温度和时间等。
淬火主处理是核心环节，采用激光照射方式，迅速加热淬火表面，只需极短的瞬间，使其表面材料成为晶粒较小、析出物少、残余应力较小的可控状态，从而达到淬火效果。
淬火后处理主要目的是恢复淬火表面的黑色及润滑性，改善表面硬度。
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激光淬火技术是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。
激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm 范围之间。
对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益，近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。
一：激光淬火的特点
1．淬火零件不变形、激光淬火的热循环过程快、中碳钢、大型轴类；
2．几乎不破坏表面粗糙度、采用防氧化保护薄涂层、模具钢、各种模具；
3．激光淬火不开裂、精确定量的数控淬火、冷作模具钢、模具、刃具；
4．对局部、沟、槽淬火、定位精确的数控淬火、中碳合金钢、减振器；
5．激光、淬火清洁、高效、不需要水或油等冷却介质、铸铁材料、发动机汽缸；
6．淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好、高碳合金钢、大型轧辊。
二：激光淬火工业应用实例
激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。
适用材料为中、高碳钢，铸铁。
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